Transformator

Iz Vikipedije, slobodne enciklopedije
Skoči na: navigacija, pretraga
Transformator
Transformator na hidroelektrani Vrhovo na Savi

Transformator je električni uređaj koji transformiše energiju iz jednog kola u drugo posredstvom magnetne sprege, bez ikakvih pokretnih delova. Transformator se sastoji od dva (ili više) spregnuta namotaja ili jednog namotaja sa više izvoda i, u većini slučajeva, magnetnog jezgra koje koncentriše magnetni fluks. Naizmenična struja u jednom namotaju će indukovati struju u drugim namotajima.

Transformatori se koriste da spuštaju ili dižu napon, da menjaju impedansu i da obezbede električnu izolaciju između kola.

Uvod[uredi]

Transformator je jedan od najprostijih električnih uređaja. Njegov osnovni dizajn, materijali i principi su se malo promenili u poslednjih sto godina, ali opet, dizajn transformatora i materijali nastavljaju da se unapređuju.

Transformatori su od vitalnog značaja za prenos energije visokim naponom koji obezbeđuje uštedu tokom prenosa energije na velike daljine. Jednostavnost i pouzdanost transformatora i ekonomičnost transformacije napona u njemu su osnovni činioci u izboru prenosa naizmeničnom strujom u Ratu struja kasnih osamdesetih godina 19. veka.

Transformatori audio-učestanosti su korišćeni u najranijim eksperimentima u razvoju telefona. Dok su neke rane elektronske primene transformatora zamenjene alternativnim tehnikama, transformatori se još uvek nalaze u mnogim elektronskim uređajima.

Transformatori dolaze u rasponu od malih transformatora sakrivenih u mikrofonima do džinovskih transformatora snage gigavata koji se koriste za povežu velike delove nacionalnih mreža, ali svi rade na istim osnovnim principima i sa velikim sličnostima u delovima.

Transformator ne može da uradi sledeće:

  • transformiše jednosmernu struju u naizmeničnu i obrnuto
  • promeni napon i struju jednosmerne struje
  • promeni učestanost naizmenične struje

Ipak, transformatori su delovi sistema koji izvode sve ove radnje.

Osnovni principi[uredi]

Sprega preko međusobne indukcije[uredi]

Princip rada idealnog transformatora

Najprostiji transformator se sastoji iz dva namotaja - primara i sekundara. Ako se vremenski promenljiv napon {v_P}\, priključi na primar od N_P\, navojaka, struja koja tada teče kroz njega indukuje magnetomotornu silu (MMS). Kao što elektromotorna sila (EMS) tera struju kroz električno kolo, tako i MMS tera magnetni fluks oko magnetnog kola. MMS na primaru izaziva promenljiv magnetni fluks \Phi_P\, u jezgru (siva boja) i indukuje EMS koja je suprotnog smera u odnosu na {v_P}\, . Prema Faradejevom zakonu elektromagnetne indukcije, indukovan napon kroz primar je direktno proporcionalan brzini promene fluksa:

{v_P} = {N_P} \frac {d \Phi_P}{dt}

Slično, napon koji je indukovao međusobni fluks kroz sekundar je:

{v_S} = {N_S} \frac {d \Phi_S}{dt}

U idealnom slučaju, fluks na sekundaru je jednak onome u primaru i zato se mogu izjednačiti \Phi_P\, i \Phi_S\, . Iz ovog sledi:

\frac{v_P}{v_S}=\frac{N_P}{N_S}.

Dakle, u idealnom transformatoru, odnos primarnog i sekundarnog napona je jednak odnosu broja navojaka u namotajima, tj. napon po jednom navojku je isti u oba namotaja. Odnos struja u primaru i sekundaru je obrnuto proporcionalan odnosu broja navojaka. Ovo vodi najčešćoj upotrebi transformatora: preobražavanju električne energije jednog napona u električnu energiju drugog napona upotrebom namotaja sa različitim brojem navojaka.

EMS u sekundaru, u slučaju da je priključen na neko električno kolo, izaziva tok struje u njemu. MMS koju proizvodi struja u sekundaru je u opoziciji MMS primara i teži da poništi fluks u jezgru. Pošto smanjeni fluks smanjuje EMS indukovanu u primaru, u njemu teče povećana struja. Rezultat povećanja MMS zbog struje u primaru će izjednačiti efekat suprotne sekundarne MMS. Na ovaj način, električna energija dovedena na primar prenosi energiju na sekundar.

Na primer, ako je snaga od 50 vata dovedena na transformator čiji je odnos broja navojaka 25:2.

  • P = E·I (snaga = EMS · jačina struje)

50 W = 2 V · 25 A u primaru

  • Kada transformator promeni:

50 W = 25 V · 2 A u sekundaru.

U praksi, visokonaponski namotaj ima više navojaka tanke žice, a niskonaponski malo navojaka debele žice.

Pošto jednosmerni napon neće dati promenljivi fluks u jezgru, ni EMS neće biti stvorena i struja koja teče kroz transformator će biti beskonačno velika. U praksi, redna veza otpornosti navojaka će ograničiti jačinu struje koja može teći, sve dok transformator ne dostigne termalnu ravnotežu ili bude uništen.

Univerzalna jednačina EMS[uredi]

Ako je fluks u jezgru sinusoidalan, odnos broja navojaka, napona, magnetne idnukcije i površine poprečnog preseka provodnika je dat univerzalnom jednačinom EMS:

 E={\frac {2 \pi f N a B} {\sqrt{2}}} \!=4,44 \cdot f \cdot N \cdot a \cdot B

gde je

E\, kvadratni koren srednje vrednosti kvadrata napona u namotajima,
f\, je učestanost u hercima (2\pi f je ugaona učestanost u radijanima u sekundi),
N\, je broj navojaka,
a\, je površina poprečnog preseka jezgra, a
B\, je maksimalna vrednost magnetne indukcije u teslama.
Vrednost 4,44 je izračunata i sadrži u sebi vrednosti nekoliko konstanti.

Struja magnećenja i fluks[uredi]

U realnim transformatorima, deo primarne struje se koristi da stvara fluks magnećenja da bi namagnetisala jezgro. Zapravo, ovaj je samo rezultujući fluks u jezgru realnih transformatora jer se primarni i sekundarni fluksevi poništavaju zbog struje opterećenja.

Pronalazak[uredi]

Patent prvog transformatora

Zasluge za pronalazak transformatora imaju:

  • Majkl Faradej, koji je izmislio indukcioni prsten 29. avgusta 1831. Ovo je bio prvi transformator, iako ga je Faradej koristio samo da bi pokazao princip elektromagnetne indukcije i nije predvideo drugu namenu za koju može da se eventualno iskoristi.
  • Lusijen Galard i Džon Dikson Gibs, koji su prvi prikazali uređaj nazvan sekundarni generator u Londonu 1881 i kasnije su prodali ideju američkoj kompaniji Vestinghaus. Oni su takođe prikazali pronalazak u Torinu 1884, gde je iskorišćen za električno osvetljenje. Ovi rani uređaji su koristili otvoreno gvozdeno jezgro, koje je kasnije napušteno zaslugom efikasnijeg jezgra sa zatvorenim kružnim magnetnim putem.
  • Vilijam Stenli, inženjer koji je radio za Vestinghausa, koji je razvio prvi praktičan uređaj, nakon što je Džordž Vestinghaus kupio Galardove i Gibsove patente. Jezgro je bilo napravljeno od spojenih gvozdenih limova u obliku slova E. Ovaj dizajn je prvi put komercijalno upotrebljen 1886. godine.
  • Mađarski inženjeri Oto Blati, Mikša Đeri i Karolj Cipernovski iz kompanije Ganc iz Budimpešte 1885, koji su stvorili efikasan ZBD model zasnovan na dizajnu Galarda i Gibsa.
  • Nikola Tesla koji je 1891, izumeo Teslin kalem, visokonaponski rezonantni transformator sa vazdušnim jezgrom za generisanje vrlo visokih napona na visokim učestanostima.

Praktična razmatranja[uredi]

Klasifikacije[uredi]

Transformatori su prilagođeni brojnim primenama i mogu se podeliti na mnogo načina:

  • po snazi (od delova vata do mnogo megavata)
  • po nameni (energetski, za izjednačavanje impedanse, izolaciju kola)
  • po učestanosti (energetski, audio, RF)
  • po naponu (od nekoliko volti do 1000 kilovolti)
  • po načinu hlađenja (vazdušno, uljem, vodom)
  • po ulozi (usmerački, za električne peći, za varenje, u izlaznim pojačavačima)
  • po odnosu transformacije:
    • dižući – sekundar ima više navojaka od primara
    • spuštajući – sekundar ima manje navojaka od primara
    • izolacioni – namenjeni transformaciji u isti napon. Dva namotaja imaju približno isti broj navojaka, iako su česte male razlike u broju navojaka da bi se kompenzovali gubici (u suprotnom bi izlazni napon bio malo manji od ulaznog napona).
    • promenljivi – primar i sekundar imaju promenljiv broj navojaka koji može biti podešen bez zamene transformatora.

Gubici[uredi]

Idealni transformator nema gubitaka i zato je stepen iskorišćenja 100%. U praksi se energija rasipa zbog otpornosti namotaja (poznato kao gubici u bakru) i magnetnih efekata koji se prvenstveno dešavaju u jezgru (poznato kao gubici u gvožđu). Transformatori obično imaju vrlo visok stepen iskorišćenja i veći transfomatori (od 50 MVA i više) imaju stepen iskorišćenja od 99,75%. Mali transformatori koji se koriste u uređajima potrošačke elektronike imaju manje od 85% efikasnosti.

Gubici dolaze od:

  • otpornosti namotaja – struja koja teče kroz namotaje izaziva zagrevanje provodnika po Džulovom zakonu.
  • vrtložnih struja – indukovana struja teče kroz jezgro i izaziva njegovo zagrevanje
  • rasipanja – nisu sva magnetna polja koja stvara primar uhvaćena od strane sekundara. Deo rasutog fluksa može indukovati vrtložne struje u obližnjim provodnim objektima kao što je kućište transformatora i biva pretvoren u toplotu. Zujanje koje se čuje u blizini transformatora je rezultat rasutih linija polja koje izazivaju da kućište vibrira i takođe je od vibracija magnetostrikcije u jezgru.
  • histerezisa – svaki put kada magnetsko polje promeni smer, mala količina energije je izgubljena zbog histerezisa u magnetnom jezgru. Nivo histerezisa zavisi od materijala jezgra.
  • mehaničkih gubitaka – naizmenično magnetsko polje izaziva kolebanje elektromagnetne sile između navojaka, jezgra i obližnjih metalnih delova, izazivajući vibracije i buku koje troše snagu
  • magnetostrikcije – fluks u jezgru izaziva fizičko širenje i skupljanje neznatno od promenljivog magnetnog polja, efekat poznat pod imenom magnetostrikcija. Ovo se pretvara u gubitke zbog zagrevanja u osetljivim feromagnetnim jezgrima.
  • sistema za hlađenje – veliki energetski transformatori mogu biti opremljenim ventilatorima, pumpama za ulje ili vodenim izmenjivačima toplote dizajniranim da odstrane toplotu izazvanu gubicima u bakru i gvožđu. Energija potrebna za rad sistema za hlađenje se obično smatra kao deo gubitaka transformatora.

Rad na visokim učestanostima[uredi]

Univerzalna jednačina EMS pokazuje da će na višim učestanostima magnetna indukcija biti manja za isti dati napon. To nagoveštava da jezgro može imati manji poprečni presek i da zato može biti fizički kompaktnije, a da ne dostigne zasićenje. Iz ovog razloga proizvođači aviona i vojska koriste izvore od 400 herca. Oni su manje zabrinuti zbog efikasnosti, koja je manja na višim učestanostima (najviše zbog povećanih gubitaka usled histerezisa), ali su više zainteresovani da uštede na težini (gvozdenog jezgra).

Konstrukcija[uredi]

Jezgro[uredi]

Čelično jezgro[uredi]

Transformator sa čeličnim jezgrom

Transformatori koji se koriste na industrijskim i audio učestanostima imaju jezgro načinjeno od mnogo tankih slojeva dinamo limova. Zbog koncentrisanja fluksa, ti slojevi su obmotani primarom i sekundarom. Pošto je čelično jezgro provodno, ono takođe ima struje indukovane zbog promenljivog magnetnog fluksa. Svaki sloj je izolovan od obližnjeg sloja da bi se smanjili gubici zbog vrtložnih struja koje zagrevaju jezgro. Uobičajeno slojevito jezgro je napravljeno od limova u obliku latiničnih slova ”Е” i ”I”, što im je dalo ime ”EI” transformatori.

Izvesni tipovi transformtora mogu imati zazore napravljene u magnetnim putanjama da spreče zasićenje. Ovi zazori mogu biti korišćeni da ograniče struju u kratkom spoju, kao što je slučaj u transformatorima za neonske svetiljke.

Magnetni histerezis čeličnog jezgra znači da ono zadržava statičko magnetsko polje kada se ukloni napajanje. Kada se napajanje ponovo priključi, zaostalo polje će izazvati veliku struju sve dok se efekat zaostalog polja ne smanji, obično nakon nekoliko ciklusa priključene naizmenične struje. Zaštite od pregorevanja uređaja kao što su osigurači moraju biti odabrani da dozvole ovoj bezopasnoj navali da prođe. Na transformatorima priključenim na duge nadzemne vodove, indukovana struja zbog geomagnetnih poremećaja tokom solarnih oluja može izazvati zasićenje jezgra i nepravilno dejstvo zaštitnih uređaja transformatora.

Masivno jezgro[uredi]

Jezgra od gvozdenog praha se koriste u kolima koje rade iznad glavnih učestanosti do nekoliko desetina kiloherca. Ovi materijali kombinuju visoku magnetnu permeabilnost sa visokom električnom otpornošću.

Na još većim radio-učestanostima (RF), drugi tipovi jezgra su napravljeni od neprovodnih magnetnih keramičkih materijala zvanih feriti. Neki RF transformatori imaju pokretljiva jezgra koji dopuštaju nameštanje koeficijenta sprege (i širinu opsega) kola.

Vazdušna jezgra[uredi]

Transformatori na visokim učestanostima mogu takođe imati i vazdušna jezgra. Ovo eliminiše gubitke usled histerezisa. Takvi transformatori zadržavaju visoku efikasnost sprege (mali gubici rasipanja) preklapanjem primara i sekundara.

Torusna jezgra[uredi]

Torusni transformatori su napravljeni oko jezgra u obliku prstena, koje je napravljeno od dugih traka od silicijumskog čelika ili permaloja obavijenih u namotaj, od gvožđa u prahu ili ferita, zavisno od radne učestanosti. Konstrukcija u obliku traka obezbeđuje da su granice traka optimalno poravnate, povećavajući efikasnost transformatora smanjivanjem opiranja jezgra. Oblik zatvorenog prstena eliminiše vazdušne zazore ubačene u konstrukciju EI jezgara. Poprečni presek prstena je obično kvadratnog ili pravougaonog oblika, ali su skuplja jezgra kružnog preseka takođe prisutna. Primar i sekundar su često namotani koncentrično da prekriju celu površinu jezgra. Ovo smanjuje dužinu potrebne žice i takođe obezbeđuje zaklon da smanji magnetsko polje jezgra od stvaranja elektromagnetnih interferencija.

Torusna jezgra su efikasnija od jeftinijih slojevitih EI jezgara. Druge prednosti u odnosu na {EI}- su manja veličina (za oko polovinu), manju težinu (za oko polovinu), manje mehaničko zujanje (čineći ih superiornim u audio pojačavačima), manjim spoljašnjim magnetskim poljem (oko jedne desetine), postavljanje na jedan stub i više izbora oblika. Glavna mana je veća cena. Nedostatak konstrukcije torusnih transformatora je viša cena po namotaju. To za posledicu ima da se torusni transformatori retko sreću iznad nekoliko kilovoltampera. Mali distribucioni transformatori mogu da iskoriste neke prednosti torusnog jezgra deleći ga i otvarajući ga, a zatim ubacujući klupko koje sadrži namotaje.

Kada se namešta torusni transformator, važno je izbeći slučajno kratko spajanje kroz jezgro. Ovo se može desiti ako je čeličnom stubu jezgra dozvoljeno da dodirne metalne delove sa oba kraja, što može izazvati da opasno velika struja teče kroz stub.

Namotaji[uredi]

U većini realnih transformatora, primar i sekundar su kalemi sa više navojaka provodne žice jer svaki navojak doprinosi magnetskom polju, stvarajući veću magnetnu indukciju nego što bi samo jedan navojak uradio. Žice susednih navojaka i raličitih namotaja moraju biti izolovane jedne od drugih.

Provodni materijal korišćen za namotaje zavisi od namene. Transformatori malih snaga i signalni transformatori su namotani od žice punog preseka, izolovanim emajlom ili ponekad dodatnom izolacijom. Veliki energetski transformatori mogu imati namotaje od bakra ili aluminijuma pravougaonog preseka ili užastog preseka za vrlo velike struje. Transformatori na visokim učestanostima koji rade na učestanostima od stotina kiloherca imaju namotaje od licnovane žice, da smanje gubitke u provodniku zbog skin (površinskog) efekta. Veliki energetski transformatori takođe koriste použene provodnike, pošto čak i na malim učestanostima nejednaka raspodela struje će postojati u niskonaponskom namotaju (velika struja). Svako uže je izolovano od ostalih, a užad su tako postavljena da na izvesnim tačkama u namotaju ili kroz namotaj, svaki deo ima drugačiji relativni položaj u celom provodniku. Ovo premeštanje izjednačava struju koja teče u svakom užetu provodnika i smanjuje gubitke usled vrtložnih struja u samom namotaju. Použeni provodnik je takođe više savitljiv od čvrstog provodnika slične veličine.

Za signalne transformatore, namotaji mogu biti napravljeni tako da minimizuju ispuštenu induktivnost i zalutalu kapacitivnost čime se popravlja odziv na visokim učestanostima.

Namotaji primara i sekundara energetskih transformatora mogu imati spoljašnje priključke koji omogućavaju podešavanje odnosa napona.

Izolacija[uredi]

Navoji moraju biti izolovani jedni od drugih da osiguraju da struja teče kroz ceo namotaj; kratki spojevi uklanjaju nekoliko navojaka iz kola, ozbiljno remeteći rad transformatora i pregrevajući ga. Razlika potencijala između susednih namojaka je obično mala, tako da je zaštita emejlom obično dovoljna za transformatore malih snaga.

U energetskim transformatorima, razlika potencijala između namotaja može biti vrlo velika. Izolacija mora biti između različitih namotaja i između navojaka da bi se sprečilo varničenje. Transformatori takođe mogu biti potopljeni u transformatorsko ulje koji obezbeđuje dalju izolaciju. Da bi se obezbedilo da izolaciona moć transformatorskog ulja ne propada, kućište transformatora je kompletno oklopljeno da spreči ulazak vlage. Ulje služi i kao sredina za hlađenje da odvede toplotu sa jezgra i namotaja.

Kućište[uredi]

Iako je idealan transformator čisto induktivni uređaj, tokom rada blizina primara i sekundara može da izazove međusobnu kapacitivnost između namotaja. Tamo gde je predviđena velika električna izolacija između primara i sekundara, elektrostatički štit se stavlja između namotaja da smanji ovaj efekat.

Transformatori takođe mogu biti oklopljeni magnetnim štitovima, elektrostatičkim štitovima ili oboje da spreče spoljašnju inteferenciju da utiče na rad transformatora ili da spreči da transformator utiče na rad drugih uređaja (kao što su katodne cevi)

Hlađenje[uredi]

Mali signalni transformatori ne stvaraju značajne količine toplote. Energetski transformatori na snagama od nekoliko kilovata rasipaju dovoljno toplote da budu osetno topli, ali se drže na dozvoljenoj temperaturnoj granici prirodnim strujanjem vazduha. Transformatori koji rade na velikim snagama mogu se hladiti ventilatorima.

Specijalni uslovi se moraju ispuniti za hlađenje transformatora velikih snaga. Neki suvi transformatori su oklopljeni i imaju rezervoare pod pritiskom i hlade se azotom ili sumpor heksafluoridom (SF6).

Namotaji energetskih transformatora su obično potopljeni u transformatorsko ulje, visoko obrađeno mineralno ulje koje mora biti stabilno na visokim temperaturama tako da mali luk ili kratak spoj neće izazvati kvar ili požar. Veliki transformatori koji se koriste u zatvorenom prostoru moraju koristiti nezapaljivu tečnost. Nekada se koristio polihlorizovani bifenil (PCB), koji nije zapaljiv i koji je vrlo stabilan. Zbog stabilnosti PCB i svoje akumulacije u prirodi, više nije dozvoljena njegova upotreba. Danas, netoksična, stabilna ulja na bazi silicijuma ili fluorovanih ugljovodonika se mogu koristiti tamo gde troškovi zbog nezapaljive tečnosti nadoknađuju dodatnu gradnju zgrada za transformatore.

Ostali manje zapaljivi fluidi kao što je kanolino ulje se mogu koristiti, ali svi fluidi otporni na vatru imaju nedostatke u performansama, ceni ili toksičnosti u odnosu na mineralno ulje. Kućišta tranformatora hlađenih uljem mogu imati radijatore kroz koju kruži ulje prirodnim strujanjem. Vrlo veliki transformatori (snage megavata) mogu imati ventilatore, pumpe za ulje ili čak i izmenjivače toplote između ulja i vode. Transformatori sa uljem idu na dugotrajne procese sušenja kako bi potpuno bila odstranjena vodena para pre nego što se sipa ulje za hlađenje. Ovo pomaže sprečavanje kvarova tokom rada.

Transformatori sa uljem mogu biti opremljenim Buholc-relejima, uređajima za zaštitu koji reaguju na nastanak gasa u transformatoru (prateći efekat pojave električnog luka u namotajima) i isključuje transformator pre nego što dođe do težih oštećenja. Pored Buholc-releja koji se primenjuje u uljanim trensformatorima, moderniji suvi trasformatori primenjuju elektronsku zaštitu sa temperaturnim sondama, čija se termički promenljiva otpornost meri priključenim mernim uređajem koji ima vizuelni i/ili zvučni alarm, sa dva nivoa alarmiranja, ili digitalni prikaz trenutne temperature transformatora.

Esperimentalni energetski transformatori snaga od 2 MVA su izgrađeni koristeći superprovodne namotaje koji eliminišu gubitke u bakru, ali ne i u jezgru. Oni su hlađeni tečnim azotom ili helijumom.

Krajevi[uredi]

Vrlo mali transformatori imaju kontakte priključene direktno na krajeve namotaja. Veliki transformatori mogu imati šuplje porcelanske izolatore kroz koje prolazi provodnik ne dodirujući izolator. Kod transformatora velikih napona, provodnik je izolovan impregnisanim papirom, a prostor je ispunjen uljem. Za vrlo visoke napone izolatori su izrađeni od koncentrično postavljenih bakarnih i bakelitnih prstenova i takođe je ceo prostor ispunjen uljem.

Dizajni transformatora[uredi]

Autotransformatori[uredi]

Autotransformator ima samo jedan namotaj, koji ima izveden kontakt. Naizmenični ili pulsirajući napon se dovodi kroz deo namotaja, a viši (ili niži) napon se stvara na drugom delu istog namotaja. Dok u teoriji razdvojeni delovi namotaja mogu biti korišteni i za ulaz i izlaz, u praksi se viši napon dovodi na krajeve namotaja, dok se niži dovodi na jedan kraj i izvedeni kontakt. Na primer, transformator sa izvodom na sredini namotaja može da koristi 230 volti preko celog namotaja, a samo 115 volti od izvoda do jednog kraja. Može se priključiti na napon od 230 volti da napaja opremu koja zahteva 115 volti ili obrnuto. Kako je isti namotaj korišten i za ulaz i izlaz, fluks u jezgru je delimično poništen i manje jezgro može biti korišteno. Za odnose napona koji ne prelaze 3:1, autotransformator je jevtiniji, lakši, manji i efikasniji nego pravi (dvonamotajni) transformator istih karakteristika.

U praksi, gubici transformatora dovode do toga da autotransforamtor nije savršeno reverzabilan; onaj koji je dizajniran za spuštanje napona će dati malo manji napon nego što je traženo od onog koji je projektovan za dizanje. Razlika je dovoljno mala da dozvoli reverzilnu upotrebu gde tačan naponski nivo nije kritičan.

Višefazni transformatori[uredi]

Za trofazne sisteme, mogu se koristiti tri jednofazna transformatora ili sve tri faze mogu biti povezane u jedan trofazni transformator. Tri primarna namotaja su povezana zajedno i tri sekundarna namotaja su povezana u jedno. Namotaji mogu biti povezani u trougao, zvezdu ili slomljenu zvezdu.

Najčešće veze su zvezda-trougao, trougao zvezda, trougao-trougao i zvezda-zvezda. Vektorska grupa pokazuje raspored namotaja, satni pomeraj faznu razliku među njima. Ako je namotaj priključen za zemlju (uzemljen), tačka priključenja je obično u središtu sprege zvezda ili slomljena zvezda. Postoji mnogo konfiguracija koje uključuju više ili manje od šest namotaja.

Rezonantni transformatori[uredi]

Rezonantni transformator je onaj koji radi na rezonantnoj učestanosti jednog ili više svojih namotaja. Rezonantni namotaj, obično sekundar, se ponaša kao induktor i povezan je na red sa kondenzatorom, Ako se primarni namotaj napaja izvorom periodične naizmenične struje, kao što su pravougaoni ili testerasti talasi, svaki impuls struje pomaže u stvaranju oscilacije u sekundarnom namotaju. Zbog rezonancije, vrlo visoki napon se može razviti kroz sekundar, osim ako nije ograničen nekim procesom kao što je električni proboj. Zato se ovi uređaji koriste da stvaraju vispke naizmenične napone. Struja dobijena iz ovih tipova namotaja može biti mnogo veća od elektrostatičkih mašina kao što su Van de Grafov generator i Vimshartova mašina. Oni takođe rade na višoj radnoj temperaturi nego standardni transformatori.

Primeri:

Ostale primene rezonantnog transformatora su za sprezanje između stepena superheterodinskog prijemnika, gde je izbor prijemnika obezbeđen sinhronizacionim transformatorima srednje-frekventnih pojačavača.

Transformator za regulaciju napona koristi rezonantni namotaj i dozvoljava delovima jezgra da uđu u zasićenje u svakom ciklusu naizmenične struje. Ovaj efekat stabilizuje izlaz regulacionog transformatora, koji se može koristiti za opremu koja je osetljiva na varijacije priljučenog napona. Zasićeni transfomatori obezbeđuju prost metod da se stabilizuje izvor napajanja. Ipak, zbog histerezisnih gubitaka koje prate ovakve operacije, efikasnot je mala.

Transformatori za merenja[uredi]

Strujni transformatori[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Strujni transformator
Strujni merni transformator

Strujni transformator je tip transformatora koji se upotrebljava za merenje struja velikih vrednosti koje bi inače bilo teško meriti nekom direktnom metodom. Odnos primarne i sekundarne struje je obrnuto srazmeran odnosu broja primarnih i sekundarnih namotaja. Nominalna vrednost sekundarne struje i iznosi 5A za strujne transformatore za merenje i 1A za strujne transformatore za relejnu zaštitu. Nominalna vrednost primarne struje zavisi od mesta primene strujnog transformatora i može da uzima vrednost od 10A do par hiljada ampera. Razlikujemo strujne transformatore (ST) za niski napon i ST za više naponske nivoe. ST za niski napon su najčešće izvedeni sa izolacijom od epoksidne smole i to u vidu tzv. obuhvatnog transformatora.

Strujni transformatori su obično konstruisani tako da obuhvate jedan primarni navojak (izolovan provodnik ili bakarnu šinu) kroz dobro izolovano torusno jezgro obmotano sa mnogo navojaka žice. Strujni transformatori koji se koriste u industriji su projektovani da obezbede 5 ampera koji su na ampermetrima koji su propisno baždareni da pokazuju izmerenu primarnu struju. Ovi transformatori su označeni njihovim odnosom ulaznih i izlaznih struja (400:5, 200:5).

Mora se obratiti velika pažnja da sekundar strujnog transformatora nikad ne sme biti otvoren dok teče struja kroz primar, jer se u tom slučaju na krajevima sekundara indukuje napon koji je opasan po život.

Naponski transformatori[uredi]

Vista-xmag.png Za više informacija pogledajte članak Naponski transformator

Naponski transformatori su drugi tip transformatora za merenje. Koriste se kada je potrebno izmeriti visoke napone koje bi bilo teško izmeriti direktno metodom. Dizajnirani su da imaju tačan prenosni odnos da precizno snize napon tako da se može meriti na bezbednom naponu (tipično 100 volti). Dizajnirani su tako da predstavljaju neznatno opterećenje naponu koji se meri.

Impulsni transformatori[uredi]

Impulsni transformatori su oni transformatori koji su prilagođeni za odavanje pravougaonih električnih impulsa (tj, pulseve sa kratkim vremenima rasta i opadanja i sa konstantnom amplitudom). Male verzije zvani signalni tipovi i koriste se u digitalnim kolima. Vrednosti srednjih snaga sa koriste u kolima za upravljanje . Verzije za veće snage se koriste u distribuciji električne energije za povezivanje kola sa malim naponima sa visokonaponskim ulazima snažnih poluprovodničkih uređaja kao što su trijak, IGBT tranzistor, tiristor ili MOSFET. Specijalni visokonaponski pulsni transformatori se takođe koriste za generisanje impulsa za radare, akceleratore čestica ili druge primene gde se koriste impulsni izvori.

Da bi se smanjilo izobličenje oblika impulsa, pulsni transformator mora da ima malu vrednost propusne induktanse i deljene kapacitivnosti i velike induktanse u otvorenom kolu. U snažnim pulsnim transformatorima, niska kapacitivnost sprega (između primara i sekundara) je važna da bi zaštitilo kolo sa primarne strane od velikih prelaznih režima koje stvori napajanje. Zbog istog razloga, potrebni su velika otpornost izolacije i visok probojni napon. Dobar kratkotrajan odziv je potreban da bi se održao pravougaoni oblik signala na sekundaru, jer će impulsi sa sporijim ivicama izazivati gubitke prebacivanja u snažnim poluprovodnicima.

Proizvod maksimuma napona impulsa i trajanja impulsa (ili preciznije integral napon-vreme) se često koristi da karakteriše pulsne transformatore. Uopšteno, što je veći ovaj proizvod, veći je i skuplji transformator.

RF transformatori[uredi]

Za upotrebu na radio-učestanostima, transformatori su ponekad napravljeni od konfiguracija provodnika, ponekad od bifilarnih ili koaksijalnih kablova, namotanih oko ferita ili drugih tipova jezgra. Ovaj tip transformatora daje izuzetno veliku širinu opsega, ali je ograničen samo brojnim odnosom (kao što su 1:9, 1:4 ili 1:2) koji se mogu postići ovom tehnikom.

Materijal jezgra dramatično povećava induktivnost, time povećavajući njegov faktor kvaliteta. Jezgra takvih transformatora pomažu u popravljanju impedanse sa 300 oma na 75 oma u FM prijemnicima.

Stariji tipovi RF transformatora su ponekad koristili treći namotaj (zvani prekidački namotaj) da ubaci povratnu spregu u raniji (detektorski) stepen starinskih regenerativnih radio-prijemnika.

Audio transformatori[uredi]

Transformatori se ovde koriste za izjednačavanje impedanse. Ovo je potrebnije u cevnim nego u kolima izrađenih od čvrstih materijala, pošto čvrste komponente se mogu koristiti u fleksibilnijim kolima koja eliminišu potrebu za transformatorom.

Audio-transformatori su obično faktor koji ograničavaju kvalitet zvuka; elektronska kola sa širokim frekventnim odzivom i malom izobličenjem su relativno prosta za projektovanje.

Posebno kritičan deo je izlazni transformator audio pojačavača. Cevna (lampaška) kola (pojačala)za kvalitetnu produkciju su dugo izrađivana bez (međustepenog) audio transformatora, ali izlazni transformator je potreban da spregne relativno visoka impedansa izlaznog ventila sa niskom impedansom zvučnika. (Lampa može da isporuči malu struju na visokom naponu; zvučnici zahtevaju veliku struju na niskom naponu). Za dobar niskofrekventni odziv je potrebno relativno veliko jezgro od gvožđa; snažna manipulisanja povećavaju veličinu potrebnog jezgra. Mala izobličenja zahtevaju gvožđe određenih osobina; specijalna jezgra sa orijentisanim magnetnim domenima se koriste za najbolje rezultate. Dobar visoko-frekventni odziv zahteva pažljivo projektovane i izrađene namotaje bez suvišne propusne induktivnosti i zalutale kapacitivnosti. Sve ovo ga čini skupom komponentom.

Cevni audio pojačavači bez izlaznih transformaotra su mogući, ali su retko korišćeni zbog svojih nedostataka.

Rani tranzistorski audio pojačavači su često imali izlazne transformatore, ali su oni uklonjeni pošto su projektanti došli u posed nove tehnologije.

Upotreba transformatora[uredi]

  • Za snabdevanje energijom iz prenosne mreže koja koristi naizmeničnu struju opreme koja koristi drugi napon. Može biti praćeno ispravljačkim kolom ako je potrebna jednosmerna struja.
    • Prilagođavanje električne opreme naponu za koji nije predviđena. Na primer, američka oprema je projektovana za 117 volti, a oprema u evropskim zemljama za 220-230 volti.
  • Prenos električne energije preko velikih razdaljina.
  • Za visokonaponske prenosne sisteme za jednosmernu struju.
  • Veliki, specijalno konstruisani transformatori se koriste u električnim pećima tokom proizvodnje čelika.
  • Rotirajući transformatori su dizajnirani tako da dok se jedan namotaj okreće, drugi miruje. Česta upotreba ovoga je bila u glavama video sistema koji se korišćeni u VHS i Beta video plejerima. Oni mogu da prenesu energiju ili signale od mirujućeg do rotirajućeg mehanizma.

Spoljašnje veze[uredi]